1.2 化学能转变为电能——电池 第2课时（同步课件）化学鲁科版选择性必修1

该高中化学课件聚焦化学电源，系统涵盖化学电源分类（一次、二次电池及燃料电池）、工作原理及电极反应式书写，通过学习内容导览衔接原电池原理，以任务驱动（分类辨识、燃料电池制作等）为支架，帮助学生构建知识脉络。 其亮点在于采用任务驱动的科学探究（如设计制作燃料电池实验）与分层研学，结合模型认知分析电池结构原理，通过三步法（判极、看环境、查守恒）总结电极反应式书写，体现科学思维与科学探究。实例丰富（如铅蓄电池充放电反应），助力学生提升逻辑思维与实践能力，为教师提供结构化教学资源，提高教学效率。

鲁科版选择性必修 1 第一章 化学反应与能量转化 第2课时 化学电源 第2节 化学能转变为电能——电池 燃料电池 2 化学电源的分类 1 3 电极反应式的书写与判断 【模型认知】了解常见的化学电源，从原理和装置两个角度分析化学电源； 【科学探究】通过设计和制作简单的燃料电池，从物质变化和能量变化分析新型电池的研发，发展科学探究与创新意识的核心素养。 重点：常见化学电源的结构与工作原理； 难点：燃料电池的制作；复杂电池的电极判断与电极反应式。 用途广泛的各种化学电池 银锌电池 干电池 铅酸电池 镍氢电池 燃料电池 锂离子电池 化学电源的分类 01 一次电池 二次电池 燃料电池 燃料电池 干电池 铅酸电池 锂离子电池 一、化学电源的分类 任务一 分类与辨识，拆解化学电源中的三大家族 只能一次放电，不能充电 可反复充电和放电,放电时为原电池 能量利用率高，可连续使用，污染轻等优点 一、化学电源的分类 任务一 分类与辨识，拆解化学电源中的三大家族 一次电池——酸性锌锰干电池 Zn、MnO2/NH4Cl溶液（糊状） 负极 电极 Zn、MnO2/NH4Cl溶液（糊状） 负极 还原剂 Zn、MnO2/NH4Cl溶液（糊状） 负极 氧化产物 Zn、MnO2/NH4Cl溶液（糊状） 正极 电极 Zn、MnO2/NH4Cl溶液（糊状） 正极 氧化剂 Zn、MnO2/NH4Cl溶液（糊状） 正极 还原产物 锌筒 石墨棒 MnO2和C 普通锌-锰干电池的结构 NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++ Mn2O3+2NH3+H2O 负极： Zn - 2e- = Zn2+ 石墨 MnO2 Mn2O3 锌筒 Zn Zn2+ 正极：2MnO2+2NH4++2e- =Mn2O3+2NH3+H2O ：制作简单，价格低廉 ×：易发生自放电 一、化学电源的分类 任务一 分类与辨识，拆解化学电源中的三大家族 一次电池——碱性锌锰干电池 ：大电流，储存时间长 ×：用完即弃 碱性锌锰电池构造示意图 负极：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O 正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH- 总反应：Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH Zn、MnO2/KOH溶液（胶状） 负极 电极 Zn、MnO2/KOH溶液（胶状） 负极 还原剂 Zn、MnO2/KOH溶液（胶状） 负极 氧化产物 Zn、MnO2/KOH溶液（胶状） 正极 电极 Zn、MnO2/KOH溶液（胶状） 正极 氧化剂 Zn、MnO2/KOH溶液（胶状） 正极 还原产物 Zn Zn ZnO 石墨 MnO2 MnOOH 碱式氧化锰 任务一 分类与辨识，拆解化学电源中的三大家族 一次电池——应用场景 碱性锌锰干电池 纽扣银锌电池 一、化学电源的分类 任务一 分类与辨识，拆解化学电源中的三大家族 二次电池——可反复充电和放电 化学能 电能 放电 充电 总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-＝PbSO4 + 2H2O 负极：Pb + SO42- -2e-＝PbSO4 铅蓄电池构造示意图 Pb、PbO2/H2SO4溶液 负极 电极 Pb、PbO2/H2SO4溶液 负极 还原剂 Pb、PbO2/H2SO4溶液 负极 氧化产物 Pb、PbO2/H2SO4溶液 正极 电极 Pb、PbO2/H2SO4溶液 正极 氧化剂 Pb、PbO2/H2SO4溶液 正极 还原产物 PbO2 PbO2 PbSO4 Pb PbSO4 Pb 一、化学电源的分类 任务一 分类与辨识，拆解化学电源中的三大家族 二次电池——应用场景 铅蓄电池 锂离子电池 一、化学电源的分类 【例1】银锌纽扣电池，其电池的电池反应式为：Zn+Ag2O+H2O＝Zn(OH)2+2Ag，下列说法不正确的是（ ） A．锌作负极 B．正极发生还原反应 C．电池工作时，电流从Ag2O经导线流向Zn D．负极的电极方程式为：Zn－2e－＝Zn2+ C 一、化学电源的分类 【变式1】铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为硫酸，工作时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是(　　) A．Pb为正极被氧化 B．溶液的pH不断减小 C．SO42-只向PbO2处移动 D．溶液的pH不断增大 D 【变式2】普通锌锰干电池工作时的总反应为Zn＋2NH4+＋2MnO2=[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列说法中正确的是(　　) A．当该电池电压逐渐下降后，能重新充电复原 B．电池负极反应为2MnO2＋2NH4+＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极 D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g C 燃料电池 02 任务二 制作一个简单的燃料电池——阅读课本P12，完成表格 二、燃料电池 设计目标 设计目标 获得氢气和氧气 制作氢氧燃料电池 设计思路及依据 选择实验用品 设计思路及依据 选择实验用品的目的 实验装置 实验装置 实验现象 实验现象 两石墨电极上均有气泡产生 KOH溶液(或稀硫酸或K2SO4溶液)、石墨棒、长颈漏斗、U形管、橡胶塞、导线、电源 电流表指针发生偏转 通过电解水获得H2和O2 KOH溶液(或稀硫酸或K2SO4溶液)、石墨棒、长颈漏斗、U形管、橡胶塞、导线、电流表 构成原电池 任务三 原理探究——破解燃料电池的“工作密码” 二、燃料电池 1、氢氧燃料电池——酸性电解质溶液 H2、O2/酸性 负极 负极 正极 正极 总反应式： H2、O2/酸性 电极 电极 总反应式： H2、O2/酸性 还原剂 氧化剂 总反应式： H2、O2/酸性 氧化产物 还原产物 总反应式： H2、O2/酸性 电极反应式 电极反应式 总反应式： Pt H2 H+ 2H2- 4e-＝4H+ Pt O2 H2O O2+4H++4e-＝2H2O 2H2 + O2＝2H2O 酸性电解质溶液中电池总反应式与燃料燃烧反应方程式相同！！！ 任务三 原理探究——破解燃料电池的“工作密码” 二、燃料电池 2、氢氧燃料电池——碱性电解质溶液 H2、O2/碱性 负极 负极 正极 正极 总反应式： H2、O2/碱性 电极 电极 总反应式： H2、O2/碱性 还原剂 氧化剂 总反应式： H2、O2/碱性 氧化产物 还原产物 总反应式： H2、O2/碱性 电极反应式 电极反应式 总反应式： Pt H2 H2O 2H2- 4e-+4OH-＝4H2O Pt O2 OH- O2＋4e-+2H2O＝4OH- 2H2 + O2＝2H2O 任务三 原理探究——破解燃料电池的“工作密码” 二、燃料电池 【拓展延伸】氢氧燃料电池——其他电解质环境 氢氧燃料电池——固体电解质（传导O2-） 负极：2H2-4e-+2O2- =2H2O 正极：O2 +4e- =2O2- 氢氧燃料电池——熔融碳酸盐 负极：2H2-4e-+2CO32- =2H2O +2CO2 正极：O2 +4e- +2CO2 =2CO32- 、CO2 任务三 原理探究——破解燃料电池的“工作密码” 二、燃料电池 燃料电池——应用场景 宇宙飞船 氢能源客车 氢能源灯塔 ：能量利用率高，连续放电，污染轻 ×：制氢、储氢成本高 【例2】利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是(　　) ①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e－ ②负极上CH4失去电子，电极反应CH4＋10OH－- 8e－===CO32-＋7H2O ③负极上是O2得到电子，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ④电池放电后，溶液pH不断升高 A．①②　　　B．①③ C．①④ D．③④ A 二、原电池原理的应用 【变式1】生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊燃料电池，其工作原理如图所示。已知C1极的电极反应为C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋。下列说法错误的是 A．C1极为电池负极，C2极为电池正极 B．C2极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．该生物燃料电池的总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O D．电子由C2极经外电路流向C1极 √ 二、原电池原理的应用 【变式2】化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。 下列关于以上各装置的说法不正确的是(　　) A．甲：Fe棒为负极，电极反应为Fe－3e－===Fe3＋ B．乙：正极的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：使用一段时间后硫酸铅沉淀在电极板上，溶液酸性减弱，导电能力下降 √ 二、原电池原理的应用 电极反应式的书写与判断 03 较活泼的一极（一般） 电子流出的一极 化合价升高的一极 发生氧化反应的一极 阴离子移向的一极 负极 三、电极反应式的书写与判断 任务四 结合所学，总结电极反应式的书写步骤 第一步：判极、标变价、算得失 第二步：看环境、定产物、电荷守恒 酸性环境：用H+平衡电荷 碱性环境：用OH- 平衡电荷 中性环境：用加水、生成H+或OH- 平衡电荷 三、电极反应式的书写与判断 任务四 结合所学，总结电极反应式的书写步骤 金属M Ag－e－＋Cl－＝AgCl Zn－2e－＋2OH－＝Zn(OH)2 Al－3e－＋4OH－＝Al(OH)4- Pb + SO42- -2e-＝PbSO4 Mn＋ 失ne- 盐酸 碱性 碱性 硫酸 第二步：看环境、定产物、电荷守恒 电极反应物的常见产物形式 负极 有机燃料中C CO32- CO2 碱性 其他介质 三、电极反应式的书写与判断 任务四 结合所学，总结电极反应式的书写步骤 第二步：看环境、定产物、电荷守恒 电极反应物的常见产物形式 正极 H2O OH－ O2－ CO32－ 酸性 碱性 固体电解质 熔融碳酸盐 O2 第三步：查守恒 得失电子守恒：写单个电极式时，系数化最简；同时写两个电极式时，得失电子数相等 电荷守恒 原子守恒：检查所有原子 三、电极反应式的书写与判断 任务四 结合所学，总结电极反应式的书写步骤 以甲醇-氧气-KOH燃料电池为例，书写出电极反应式及电池总反应式 正极+负极=总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 第一步：判极、标变价、算得失 O2 正极 O 化合价降4，得4e－ CH3OH 负极 C 化合价升6，失6e－ -2 +4 -2 0 第二步：看环境、定产物、电荷守恒 KOH溶液，用OH-平衡电荷 正极：O2＋4e－→4OH－ 负极：CH3OH- 6e－＋OH－→CO32－ 第三步：查守恒 正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO32-＋12H2O 三、电极反应式的书写与判断 交流研讨 从哪些方面判断电极反应式的正误 失电子⇌升价⇌负极，得电子⇌降价⇌正极 电子→价态对得上 碱介质极式里出 H+、酸介质里出 OH- 直接错️ 环境→物质与环境相符 原子守恒直接错 原子→守恒 【例3】一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是(　　) B 利用键能计算焓变 A、该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量 B、电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极 C、负极发生的电极反应为N2H4－4e－＋4OH－=N2↑＋4H2O D、该燃料电池持续放电时，OH－从正极向负极迁移，因而离子交换膜需选用阴离子交换膜 【变式】碱性镍锌(Ni－Zn)电池是一种可以替代镍氢电池的新型电池，其总反应为：2NiOOH＋2H2O＋Zn 2Ni(OH)2＋Zn(OH)2，下列说法中错误的是(　　) A、电池工作时，OH－向负极移动 B、放电时负极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 C、充电时，与外电源正极相连的电极上电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O D、充电时阳极附近溶液pH升高 D 利用键能计算焓变 放电 充电 一次电池：锌锰干电池、纽扣电池 化学能转变为电能——电池 化学电源的分类 燃料电池 电极反应式的书写与判断 二次电池：铅蓄电池 利用原电池工作原理制作燃料电池 燃料电池应用场景 ①判极、标变价、算得失 ③查守恒 燃料电池的特点 ②看环境、定产物、电荷守恒 燃料电池：氢氧燃料电池 1.一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法正确的是(　　) A．电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2 B．正极反应式为Mg－2e－===Mg2＋ C．活性炭可以加快O2在负极上的反应速率 D．电子的移动方向由b经外电路到a A 2.利用如图所示原电池可测量空气中Cl2的含量(原电池的电解质是含有自由移动Ag＋的固体物质)，下列分析不正确的是(　　) A．电流经外电路从Pt电极流向Ag电极 B．电池工作时，电解质中的Ag＋数目减小 C．正极反应：Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgCl D．空气中c(Cl2)越大，Ag极消耗速率越快 B 3．某新型可充电钠离子电池放电的工作原理如图所示。下列分析错误的是(　　) A．出于环保考虑，应尽量避免使用重金属(如Pb)作为钠的合金化元素 B．放电时，Na＋由右室移向左室 C.放电时，正极反应式为Na0.44MnO2＋0.56e－＋0.56Na＋===NaMnO2 D．放电时，阴极质量变化4.6 g时，外电路中通过0.1 mol e－ D 4．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，下列说法错误的是 图Ⅰ原电池 图Ⅱ碱性锌锰电池 图Ⅲ铅-硫酸蓄电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ：向铁电极方向移动B．图Ⅱ：锌作负极反应物，发生氧化反应C．图Ⅲ：电池放电过程中，负极质量减小D．图Ⅳ：电池使用时，电子从负极锌经外电路流向正极氧化银 C 5.下列设备工作时，将化学能转化为电能的是 B A 太阳能集热器 B 锂离子电池 C 燃气灶 D 电风扇 感谢观看 更多练习见分层作业 鲁科版选择性必修 1